Robert Klatt
Ein neuer Filter auf Basis von metallorganischen Gerüsten (MOFs) kann das Pflanzenschutzmittel (Pestizid) Glyphosat effektiv aus Wasser entfernen.
Wien (Österreich). Glyphosat ist das am meisten verwendete Pflanzenschutzmittel (Pestizid) der Welt. Inzwischen kann das Pestizid in nahezu allen Fließgewässern und im Grundwasser gefunden werden. In der Wissenschaft ist Glyphosat umstritten, unter anderem, weil es Fehlbildungen bei Kaulquappen verursacht und sich negativ auf die Fortpflanzung von Ameisen auswirkt. Eine kürzlich im Journal of the National Cancer Institute publizierte Studie zeigt zudem, dass Glyphosat auch die Gesundheit des Menschen negativ beeinflussen kann.
Forscher der Technischen Universität Wien (TU Wien) haben nun einen Filter vorgestellt, der das Pflanzenschutzmittel effektiv aus Wasser entfernen kann. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Advanced Functional Materials besteht der Filter aus metallischen und organischen Materialien.
Ein Großteil der Filter basiert auf einem gemeinsamen Konzept: Ihre mikroskopische Beschaffenheit weist eine hohe Porosität auf, was eine beträchtliche Oberfläche ermöglicht. Wird diese Oberfläche vergrößert, nimmt die Effektivität der Filtration zu.
Beim Glyphosatfilter haben die Forscher um Shaghayegh Naghdi und Dominik Eder vom Institut für Materialchemie metallorganische Gerüste (MOFs) verwendet. Diese besitzen eine Fülle von äußerst kleinen Poren. Die Strukturen sind so durchlöchert, dass sie eine beeindruckende Oberfläche von bis zu 7.000 Quadratmetern pro Gramm erreichen können, wodurch sie zu den Verbindungen mit der umfangreichsten bekannten Oberfläche zählen.
„Das bedeutet, dass in einem Gramm MOFs ein ganzes Fußballfeld Platz findet.“
Die verfügbare Oberfläche steht in direktem Zusammenhang mit der Anzahl der Möglichkeiten, chemische Reaktionen auf engstem Raum stattfinden zu lassen und etwa schädliche Verbindungen in großen Mengen zu binden. Deswegen gelten MOFs als vielversprechend, wenn es um die Trennung und Speicherung von Gasen, die Reinigung von Wasser oder den Transport von Medikamenten im Körper geht. Eine Herausforderung besteht jedoch darin, die Substanzen in das Innere dieser speziellen Gerüste zu befördern. Die Kanäle, durch die die Stoffe gelangen müssen, sind in der Regel lediglich einen Nanometer dünn, wodurch sie anfällig für Verstopfungen sind.
Die Forscher der TU Wien haben im Fachmagazin Nature Communications 2022 eine Studie publiziert, die erklärt, wie man in MOFs zusätzliche Poren einbauen kann. Diese sogenannten Mesoporen sind mit einem Durchmesser von etwa zehn Nanometer deutlich größer. Wie Naghdi erklärt, entstehen die Mesoporen, indem ein Teil der organischen Verbindungsmoleküle verbrannt wird.
„Allerdings müssen wir dabei sehr vorsichtig vorgehen, um einen Zusammenbruch der gesamten Mikroporenstruktur zu verhindern.“
Kooperation mit kanadischen Wissenschaftlern
In Kooperation mit kanadischen Wissenschaftlern entstand nun aus den modifizierten MOFS ein Filter, der Glyphosat aus Grundwasser entfernen kann. Die Filtration ist deutlich effizienter und schneller als bei allen zuvor untersuchten Methoden.
Laut einer Technion in Israel geht die hohe Filtrationsleistung auf neue Bindepunkte zurück, die durch die Nachbearbeitung der MOFs entstehen. Weil die Bindung des Glyphosats an die MOFs nur relativ schwach ist, kann das Pestizid mit einer simplen Kochsalzlösung ausgeschwemmt werden. Die MOFs können dadurch mehrfach verwendet werden.
Journal of the National Cancer Institute, doi: 10.1093/jnci/djac242
Advanced Functional Materials, doi: 10.1002/adfm.202213862
Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-021-27775-7
